在讲这个主题之前我们先来明确下观点和背景。
电源纹波是什么？纹波是由于直流稳定电源的电压颠簸而造成的一种征象，由于直流稳定电源一样平常是由互换电源经整流稳压等环节而形成的，这就不可避免地在直流稳定量中多少带有一些互换身分，这种叠加在直流稳定量上的互换分量就称之为纹波。
万用表是干什么的?美其名曰啥都可以干，但是其功能还是没那么强大，一样平常万用表具有的基本丈量功能紧张有:
·直流电压
·直流电流
·互换电压
·电阻
·互换电流，并非所有的万用表都有，尤其是低档次的万用表并没有。
当然，有的增强型的万用表还可以测试电容、电感、电导或者频率等等。
明确了这两个观点之后，乍一看，万用表还是可以丈量纹波的嘛。但是:
万用表一样平常只能进行纯互换电压的测试，无法测试纹波这种在直流上表现的互换；
其余，万用表互换档测试得到的结果是一个均匀值，而纹波一样平常测试的是峰峰值（Pk-Pk）；
以是，万用表不能用于测试纹波，正常来讲纹波测试是须要利用示波器进行测试的。关于纹波测试网络上也有很多的文档解释。在之前的文章里面，我们也有涉及到一些纹波测试的方法，大家也可以参考下。
"天线效应"对电源纹波丈量的影响
有一些老司机可能会跳出来回嘴，咱们实验室条件有限，平时很少关注电源纹波指标，实在要用的时候，就改装下万用表也可以利用嘛。如果确实要这么干，那就干吧。反正... ...
末了，有兴趣的工程师小伙伴可以思考下，在咱们进行DDR2/3/4/5的参考电压测试的，我们是用的万用表还是示波器呢？大家可以留言，并说说情由。
纹波和噪声Ripple and Noise
纹波和噪声指的是在DC/DC转换器输入输出电容上的互换耦合旗子暗记，在测试中，一样平常我们会将这个旗子暗记带脱期制到20MHz。
纹波和噪声紧张由以下四项组成。
--电源纹波（PWM frequency RIPPLE)，和PWM频率相同的。这个纹波表示了输入和输出电容上的充放电过程，在最大负载时，这个纹波达到最大值。这种电压的颠簸可以通过加大输入输出电容、加大输出电感来减小。
--开关噪声(SWITCHING NOISE)，这种噪声发生在电源的开关时候。虽然开关噪声的重复周期和PWM频率同等，但是振荡频率一样平常都很高。开关噪声新的振幅一样平常取决于电源芯片、电路寄生参数以及PCB布板。
--工频噪声(Recfified main RIPPLE)，一样平常是互换供电频率的两倍。我国供电频率是50Hz，以是它的纹波紧张来自工频50Hz变压器。大小取决于整流电路的类型。对付半波整流，50Hz；对付全波整流，是100Hz；对付三相全波整流，300Hz。
--非周期性的随机噪声(NOISE)，和AC电源开关频率均无关。
由于现在AC-DC部分大多采取模块开关电源，后级DC/DC电路工频噪声比较小；随机噪声无法量化。以是一样平常不考虑这两项的影响，范例的开关电源纹波噪声如下图所示。我们须要丈量的是纹波以及开关噪声之和。
接下来描述了在缺点以及精确丈量电源纹波噪声的两种办法。
下图是一个缺点的丈量办法，由于示波器的地线会拾取辐射噪声。示波器的地线和旗子暗记探头形成的环路形成了一个天线。环路面积越大，在电源PWM切换时，示波器接管到的开关噪声就越大。
在丈量中，如何减小拾取的辐射噪声？最大略可靠的方法是采取一个接地环来丈量电源纹波以及噪声。为了进一步的降落测试偏差，可以将示波器探头和地线直接放在电源输出电容得两端。如下图所示，采取这种方法，在旗子暗记探头和地线之间的环路面积很小，以是丈量中带来偏差的噪声险些可以忽略。
由于现在的示波器探头都附带有接地环，以是，不再详细描述如何做一个接地环了。
1、无源探头DC耦合测试
利用无源探头DC耦合测试，示波器内部设置为DC耦合，耦合阻抗为1Mohm，此时无源探头的地线接主板地，旗子暗记线接待测电源旗子暗记。这种丈量方法可以测到除DC以外的电源噪声纹波。
如图4所示，当采取普通的鳄鱼夹探头时，由于地和待测旗子暗记之间的环路太大，而探头探测点靠近高速运行的IC芯片，近场辐射较大，会有很多EMI噪声辐射到探头回路中，使测试的数据不准确。为了改进这种情形，推举用无源探头测试纹波时，利用右图中的探头，将地旗子暗记缠绕在旗子暗记引脚上，相称于在地和旗子暗记之间存在一个环路电感，对高频旗子暗记相称于高阻，有效抑制由于辐射产生的高频噪声。更多时候，建议测试者采取第三种测试方法，将一个漆包线绕在探头上，然后将漆包线的焊接到主板地网络上，移动探头去测试每一起电源纹波噪声。同时无源探头哀求只管即便采取1:1的探头，杜绝利用1:10的探头。
无源探头地线两种处理方法：
对付示波器，若垂直刻度为xV/div，示波器垂直方向为10div，满量程为10xV，示波器采样AD为8位，则量化偏差为10x/256 V。例如一个1V电源，噪声纹波为50mV，如果要显示这个旗子暗记，须要设置垂直刻度为200mV/div，此时量化偏差为7.8mV，如果把直流1V通过offset去掉，只显示纹波噪声旗子暗记，垂直刻度设置为10mV即可，此时的量化偏差为0.4mV。
利用无源探头DC耦合测试，示波器设置如下：
（1）1Mohm端接匹配；
（2）DC耦合；
（3）全带宽；
（4）offset设置为电源电压；
2、 无源探头AC耦合测试利用无源探头DC耦合须要设置offset，对付电源电压不稳定的情形，offset设置不合理，会导致屏幕上显示的旗子暗记超出量程，此时选择AC耦合，利用内置的搁置电路来滤去直流分量。对付大多数的示波器，会有如下参数，设置为AC耦合，此时丈量的为10Hz以上的噪声纹波。
示波器两种耦合办法频点
利用无源探头AC耦合测试，设置如下：
（1）1Mohm端接匹配；
（2）AC耦合；
（3）全带宽；
（4）offset设置为0；
3、 同轴线外部隔直电容DC50欧耦合测试由于无源探头的带宽较低，而电源开关噪声一样平常都在百MHz以上，同时电源内阻一样平常在几百毫欧以内，选择高阻1Mohm的无源探头对付高频会产生反射征象，因此可以选择用同轴线来代替无源探头，此时示波器端接阻抗设置为50欧，与同轴线阻抗相匹配，根据传输线理论，电源噪声没有反射，此时认为丈量结果最准确。
利用同轴线的丈量方法，最准确的是采取DC50欧，但是大部分示波器在DC50欧时offset最大电压为1V，无法知足大部分电源的丈量哀求，而示波器内部端接阻抗为50欧时，不支持AC耦合，因此须要外置一个AC电容，如图6所示，当串联电容值为10uF时，根据表1可以看到，此时可以准确测试到2KHz以上的纹波噪声旗子暗记。
同轴线DC50丈量图
4、同轴线AC1M欧耦合测试
由于从PMU出来的电源纹波噪声大多集中在1MHz以内，如果采取同轴线DC50外置隔直电容丈量方法，低频噪声分量丢失较为严重，因此改用图7所示的丈量方法，利用同轴线传输旗子暗记，示波器设置为AC1M，这样虽然存在反射，但是反射旗子暗记经由较长CABLE线折返传输后，影响是有限的，示波器在R2上采集电压值可以认为仍旧可以被参考。
同轴线AC1M丈量图
为了避免反射，在同轴线接到示波器的接口处端接一个50ohm电阻，使示波器输入阻抗和cable线特色阻抗匹配。
同轴线AC1M丈量改进图
5、差分探头外置电容DC耦合测试由于示波器的探头地和机壳地通过一个小电容接在一起，而示波器的机壳地又通过三角插头和大地接在一起，在实验室里，险些所有的设备地都和大地接在一起，示波器内部地线接法如图9所示，因此上面先容的两种方法都无法办理地滋扰问题，为理解决这个问题，须要引入浮地示波器或者差分探头。
示波器内部地线接法
如图10所示，为差分接法，由于差分探头为有源探头，外置差动放大器，可以将待测旗子暗记通过差分办法接入，使示波器的地和待测件地隔离开，达到浮地效果。但是差分探头在示波器内部只能DC50欧耦合，而offset最大一样平常不超过1V，因此须要在差分探头上串联隔直电容。利用差分探头丈量时关键是探头的CMRR要足够大，这样才能有效抑制共模噪声。
实测案例（Example）
下图描述了采取两个不同的测试方法得到的Vout波形。电源电路是一个BUCK转换电路（AAT1121），事情在1.5MHz的开关频率，输出电压为1.8V/250mA。示波器采取全带宽测试。可以看到伴随着PWM开关，在绿色的trace2有一个很高的噪音以及振铃，但是trace3上却没有明显的噪声。通过比拟可以看到，测试方法的选择对结果的准确性很关键。
下图是采取20MHz带脱期制测试到的电源的纹波以及噪声。示波器20MHz的带脱期制是为了防止无源探头带入的共模噪声。可以看到AAT1121BUCK转换器的纹波噪声为10mVp-p，险些看不到开关噪声。这紧张是归功于BUCK掌握器的低噪声设计，良好的PCB设计，以及恰当的测试方法。
总结
下面总结一下精确的丈量DC/DC开关电源纹波和噪音的方法。
1)限定示波器带宽为20MHz(大多中低端示波器档位限定在20MHz，高端产品还有200MHz带脱期制的选择)，目的是避免数字电路的高频噪声影响纹波丈量，只管即便担保丈量的准确性。
2)设置耦合办法为互换耦合，方便丈量(以更小档位来仔细不雅观测纹波，不关心直流电平)。
3)担保探头接地只管即便短(丈量纹颠簸辄上百mV的紧张缘故原由便是接地线太长)，只管即便利用探头自带的原装测试短针。如果没有测试短针，可以拆除探头的接地线和外壳，露出探头地壳，低廉甜头接地线缠绕在探头地壳上，担保接地线长度小于1cm。
